Wir betrachten die Eindeutigkeit der Wellenfunktion beim Umlauf. Das -Feld sei gegeben durch = (0,0,B) und die Bewegung in x-Richtung sei an die Bewegung in y-Richtung gekoppelt. Wir wissen aus der theoretischen Physik, daß kx und ky keine guten Quantenzahlen sind. Die Schrödingergleichung für ein freies Elektron im Magnetfeld lautet dann:
Wir machen einen Ansatz nach LANDAU: = (x)exp[i(kyy + kzz)] und führen folgende Koordinatentransformation durch:
Daraus ergibt sich dann eine Gleichung für :
Hierbei handelt es sich um die Differentialgleichung eines linearen Oszillators mit der Eigenfrequenz C. Das Zentrum liegt bei x0 = und die Eigenwerte sind gegeben durch:
Die Subbänder heißen LANDAUniveaus.
Die Bahnen sind anschaulich Kreisbahnen im Ortsraum:
Die Energie beträgt
und damit ergibt sich die eingeschlossene Fläche
Im k-Raum liegen auch Kreisbahnen vor:
Für die Fläche gilt:
Die Quantisierung wird geändert von kx, ky kl2.
Betrachten wir eine dreidimensionale Veranschaulichung mit kz:
Die LANDAU-Röhren sind besetzt bis EF. An dieser Stelle wollen wir den DE HAAS-VAN ALPHEN-Effekt:
So, daß alle LANDAUniveaus voll oder leer | Etwas größer als B1 | |
Innere Energie U0 | U1 = U0 (selten) | U2 > U0 („Normalfall“) |
Der seltene Fall U1 = U0 passiert immer, wenn EF(B = 0) = C p . .
Mit U verknüpft ist die spezifische Wärme und die elektrische Leitfähigkeit. (SHUBNIKOV-DE-HAAS-Oszillationen) Die Magnetisierung ist gegeben durch:
DE-HAAS-VAN-ALPHEN-Effekt